质量为m的小球由长为L的细线系住,细线的另一端固定在A点,AB是过A的竖直线,且AB=L,E为AB的中点,过E作水平线EF,在EF上某一位置钉一小钉D,如图所示.现将小球悬线拉至水平
◎ 题目
质量为m的小球由长为L的细线系住,细线的另一端固定在 A点,AB是过A的竖直线,且AB=L,E为AB的中点,过E作水平线 EF,在EF上某一位置钉一小钉D,如图所示.现将小球悬线拉至水平,然后由静止释放,不计线与钉碰撞时的机械能损失. (1)若钉子在E点位置,则小球经过B点前后瞬间,绳子拉力分别为多少? (2)若小球恰能绕钉子在竖直平面内做圆周运动,求钉子D的位置离E点的距离x. (3)保持小钉D的位置不变,让小球从图示的P点静止释放,当小球运动到最低点时,若细线刚好达到最大张力而断开,最后小球运动的轨迹经过B点.试求细线能承受的最大张力T. |
◎ 答案
(1)小球从M点到B点的过程中,根据动能定理得: mgL=
碰前:T1-mg=m
解得:T1=3mg 碰后:T2-mg=m
解得:T2=5mg (2)小球恰好能在竖直平面内做圆周运动,在最高点时有速度v1,此时做圆周运动的半径为r, 则mg(
且mg=m
由几何关系:x2=(L-r)2-(
由以上三式可得: r=
x=
(3)小球做圆周运动到达最低点时,速度设为v2则 T-mg=m
以后小球做平抛运动过B点, 在水平方向有x=v2t ⑦ 在竖直方向有:
由④⑤⑥⑦⑧式可得:T=
答:(1)若钉子在E点位置,则小球经过B点前后瞬间,绳子拉力分别为3mg,5mg; (2)若小球恰能绕钉子在竖直平面内做圆周运动,钉子D的位置离E点的距离x为 |